CN106356613A - 一种标签天线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供基于射频识别技术的标签天线及其制备方法，所述标签天线包括：天线辐射板、介质基板和介质底板；所述天线辐射板位于介质基板的上方，所述介质底板位于介质基板的下方；其中，所述天线辐射板的中心处设置有馈点，及所述天线辐射板上开有双T型槽。

Description

一种标签天线及其制备方法

技术领域

本发明涉及射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术，尤其涉及一种基于射频识别技术的标签天线及其制备方法。

背景技术

目前，射频识别技术是通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据的一种技术。射频识别技术不需要人工干预、不需要直接接触、不需要光学可视即可完成信息输入和处理，可工作于各种恶劣环境，可识别高速运动物体，并且可同时识别多个物体。进入21世纪以来，射频识别技术应用更加广泛，产品种类也更加丰富，如有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签等。举例来说，德国BMW公司为保证汽车在流水线各个位置能准确地完成装配任务，将射频识别***应用在汽车装配线上；Motorola公司采用射频识别技术的自动识别工序控制***，得以满足半导体生产对于环境的特殊要求，同时提高生产效率。

基于射频识别技术的标签天线性能设计的好坏将直接决定整个射频识别***性能的优劣，包括***的读取距离、成本等。目前在低频和高频段的射频识别天线技术已经较为成熟，现阶段的研究主要集中在超高频段和微波频段的射频识别标签天线技术。

在实际应用中，标签天线与标签芯片之间的阻抗匹配是关键问题之一，良好的阻抗匹配可实现更长的读取距离。从制造成本来看，在保证天线性能不变的情况下，要求标签天线和读写器天线的尺寸尽可能的小。众所周知，射频识别产品的制造必须遵守使用者所在国家和地区标准机构制定的标准，故标准的差异性使得产品的设计和生产更加复杂和昂贵。例如在欧洲，射频识别技术所确定的超高频段(Ultra-high frequency，UHF)为866-869MHz、在日本和一些亚洲国家为952-955MHz、在南北美洲是902-928MHz，而我国***公布的800/900MHz频段射频识别技术应用规定(试行)则将800/900MHz频段划分为两个频段840-845MHz和920-925MHz用以射频识别应用。因此，如何设计具有宽频带特性的小型化标签天线以适用于不同国家和地区的标准是一个技术挑战。另外，由于UHF频段天线受环境(如金属、液体)影响明显，而且当标签贴近读写器时，标签天线的阻抗由于反射波也会产生改变。因此，如何设计标签天线具有更大的带宽以防止谐振频率的偏移也是一个技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种基于射频识别技术的标签天线及其制备方法，能够保证所述标签天线具有宽频带特性的同时，适用于不同国家和地区的RFID标准，从而达到节约生产和人力成本的目的。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种标签天线，所述标签天线包括：天线辐射板、介质基板和介质底板；所述天线辐射板位于介质基板的上方，所述介质底板位于介质基板的下方；

所述天线辐射板的中心处设置有馈点，及所述天线辐射板上开有双T型槽。

上述方案中，所述天线辐射板上开有双T型槽，包括：

在天线辐射板的下半部开有第一T型槽，所述第一T型槽被切至天线辐射板下半部的长边以上；

在天线辐射板的上半部开有第二T型槽，所述第二T型槽被切至天线辐射板上半部的长边。

上述方案中，所述第一T型槽和所述第二T型槽的长度相等。

上述方案中，通过调整所述第一T型槽的长度和宽度来改变所述标签天线的输入阻抗。

上述方案中，在整个超高频段内，所述标签天线的回波损耗均小于-10dB。

上述方案中，在整个超高频段内，所述标签天线的读取距离高达7.58m。

本发明实施例还提供一种标签天线的制备方法，所述标签天线包括天线辐射板、介质基板和介质底板，所述天线辐射板位于介质基板的上方，所述介质底板位于介质基板的下方；所述方法包括：

在天线辐射板中心处设置馈点；

按照预设规则在天线辐射板上开双T型槽。

上述方案中，所述按照预设规则在天线辐射板上开双T型槽，包括：

在天线辐射板的下半部开第一T型槽，将所述第一T型槽切至天线辐射板下半部的长边以上；

在天线辐射板的上半部开第二T型槽，将所述第二T型槽直接切至天线辐射板上半部的长边。

上述方案中，所述第一T型槽和所述第二T型槽的长度相等。

上述方案中，所述方法还包括：

调整所述第一T型槽的长度和宽度，以改变所述标签天线的输入阻抗。

本发明实施例所提供的基于射频识别技术的标签天线及其制备方法，在天线辐射板中心处设置馈点；进一步地，按照预设规则在天线辐射板上开双T型槽。如此，通过在天线辐射板上开双T型槽，及在天线辐射板中心处进行馈电的方式，能够保证所设计标签天线具有宽频带特性的同时，适用于不同国家和地区的RFID标准，从而达到节约生产和人力成本的目的。

附图说明

图1为本发明实施例标签天线的组成结构示意图；

图2为本发明实施例如图1所示的标签天线中天线辐射板的组成结构示意图；

图3为本发明实施例标签天线的仿真结构示意图；

图4为本发明实施例标签天线的输入阻抗实部R_A随T型槽长度l1变化的仿真曲线图；

图5为本发明实施例标签天线的输入阻抗虚部X_A随T型槽长度l1变化的仿真曲线图；

图6为本发明实施例标签天线的输入阻抗实部RA随第一T型槽的宽度w1变化的仿真曲线图；

图7为本发明实施例标签天线的输入阻抗虚部XA随第一T型槽的宽度w1变化的仿真曲线图；

图8为本发明实施例针对Philips测试用标签芯片所设计的标签天线的输入阻抗曲线图；

图9为针对Philips测试用标签芯片所设计的标签天线的回波损耗曲线图；

图10为针对Philips测试用标签芯片所设计的标签天线的辐射方向图；

图11为本发明实施例标签天线的制备方法的实现流程示意图一；

图12为本发明实施例所述按照预设规则在天线辐射板上开双T型槽的实现流程示意图；

图13为本发明实施例标签天线的制备方法的实现流程示意图二。

具体实施方式

在本发明实施例中，在天线辐射板中心处设置馈点，使得通过在天线辐射板中心处进行馈电的方式保证标签天线辐射方向图的全向性；进一步地，按照预设规则在天线辐射板上开双T型槽，切断了原先辐射板上的表面电流路径，使电流绕槽边曲折流过而路径变长；这样，在标签天线等效电路中相当于引入了级联电感，使得标签天线的输入阻抗呈现较大的感性电抗，可与阻抗呈现较大容性电抗的标签芯片达到良好的匹配。

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例标签天线的组成结构示意图，如图1所示，所述标签天线包括天线辐射板11、介质基板12和介质底板13；所述天线辐射板11位于介质基板12的上方，所述介质底板13位于介质基板12的下方。

在图1所示的标签天线的基础上，图2为本发明实施例标签天线中天线辐射板11的组成结构示意图，如图2所示，本发明实施例所述天线辐射板11的中心处设置有馈点111，及所述天线辐射板上开有双T型槽，所述双T型槽包括第一T型槽112和第二T型槽113。

这里，所述天线辐射板上开有双T型槽，包括：在天线辐射板的下半部开有第一T型槽112，所述第一T型槽112被切至天线辐射板下半部的长边以上；在天线辐射板的上半部开有第二T型槽113，所述第二T型槽113被切至天线辐射板上半部的长边。

其中，所述第一T型槽112和所述第二T型槽113的长度相等。

图3为本发明实施例标签天线的仿真结构示意图。如图3所示，所述标签天线的总尺寸为L×W＝33mm×25mm，介质基板材料选用标签天线设计中最常用的FR-4材料，基板厚度为1.6mm，其相对介电常数为ε_r＝4.4，损耗角正切为tanδ＝0.02，保证了天线的小型化和低成本。图3中l1代表的是所开第一T型槽和第二T型槽的长度，w1代表的是所开第一T型槽的宽度，第二T型槽直接被切到天线辐射板上半部的长边，故第二T型槽的宽度固定为12.25mm。通过改变所述第一T型槽的长度和宽度，可以方便地调节该标签天线的输入阻抗ZA，从而有利于该标签天线跟阻抗不同的标签芯片进行良好的匹配。这里，需要说明的是，由于所述第一T型槽和第二T型槽的长度相等，所以在改变第一T型槽的长度的同时，也会相应改变第二T型槽的长度。

以下通过具体的仿真曲线图来直观地表达通过改变所述第一T型槽的长度和宽度来改变标签天线的输入阻抗ZA的效果。

图4为本发明实施例标签天线的输入阻抗实部R_A随T型槽长度l1变化的仿真曲线图；图5为本发明实施例标签天线的输入阻抗虚部X_A随T型槽长度l1变化的仿真曲线图。如图4和图5所示，当l1分别取值为21mm、21.5mm、22mm，在整个UHF频段840～960MHz之间，标签天线输入阻抗的实部和虚部均发生改变，随着T型槽的长度l1的增大，标签天线输入阻抗的实部与虚部均增大。在整个UHF频段840～960MHz内，该标签天线的输入阻抗的实部变化范围大约在4.0～23.5欧姆之间，天线输入阻抗的虚部变化范围大约在236.3～536.9欧姆之间。由此可见，通过改变T型槽的长度l1可以对标签天线的输入阻抗进行调节，以使得其可与不同阻抗的标签芯片之间得到良好的共轭匹配状态。

图6为本发明实施例标签天线的输入阻抗实部RA随第一T型槽的宽度w1变化的仿真曲线图；图7为本发明实施例标签天线的输入阻抗虚部XA随第一T型槽的宽度w1变化的仿真曲线图。如图6和图7所示，当w1分别取值为10mm、11mm、12mm，在整个UHF频段840～960MHz之间，标签天线输入阻抗的实部和虚部均发生改变，随着第一T型槽宽度w1的增大，标签天线输入阻抗的实部与虚部均增大。在整个UHF频段840～960MHz内，该标签天线输入阻抗的实部变化范围大约在1.74～23.49欧姆之间，标签天线输入阻抗的虚部变化范围大约在178.91～536.93欧姆之间。由此可见，通过改变第一T型槽的宽度w1也可以对标签天线的输入阻抗进行调节，以使得其可与不同阻抗的标签芯片之间得到良好的共轭匹配状态。

由于UHF频段标签天线的输入阻抗受环境(金属、液体)影响明显，而且当标签贴近读写器时，标签天线的阻抗由于反射波也会产生改变。从图4～图7可以得出，通过调节T型槽的长度l1和第一T型槽的宽度w1，可以在很大范围内调整本发明实施例所述标签天线的输入阻抗。因此，本发明实施例所述标签天线具有更大的带宽以防止谐振频率的偏移，可以适用于以上场景。

针对Philips公司的测试用标签芯片，所述标签芯片在915MHz的表现阻抗为11-j422欧姆，通过仿真软件优化设计可得，当l1＝22mm，w1＝12.25mm时，本发明实施例所述标签天线与标签芯片之间可以达到良好的匹配状态，天线性能最佳。

图8为本发明实施例针对Philips测试用标签芯片所设计的标签天线的输入阻抗曲线图。在915MHz处，标签天线的输入阻抗ZA＝12.39+j417.94欧姆，接近Philips公司的测试用标签芯片在915MHz的表现阻抗为11-j422欧姆的共轭阻抗，故标签天线可与该标签芯片实现良好的共轭匹配。而且从图8中还可看出，在全球整个UHF频段840～960MHz内，天线输入阻抗的实部变化范围约在5.17～23.45欧姆之间，虚部变化范围约在300.63～536.93欧姆之间，可以满足多数UHF频段标签芯片的匹配要求。

图9为针对Philips测试用标签芯片所设计的标签天线的回波损耗曲线图。由此图可以看出，在全球整个UHF频段840～960MHz内，回波损耗S11均小于-10dB，且最低点916MHz对应的S11为-51.57dB，可见标签天线与Philips公司的测试用标签芯片达到了良好的共轭匹配状态。若选取其他一些阻抗不同的标签芯片与该宽带标签天线进行匹配，亦可在该频段内取得良好的匹配状态。

图10为针对Philips测试用标签芯片所设计的标签天线的辐射方向图。通常情况下，为使得标签具有良好的可读性，减小对特殊放置方向的依赖，一般都要求标签天线的辐射方向图具有良好的全向性。由此图可以看出，在phi＝90deg方向上，该标签天线具有良好的全向性，符合标签天线的应用要求。利用RFID标签天线的距离计算公式可计算出该标签天线的最大理论读取距离：

$R_{max}=\frac{\mathrm{\λ}}{4\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{P_t\·G_t\·G_r\·\mathrm{\χ}\·\mathrm{\τ}}{P_{th}}}$

其中λ为自由空间波长，P_t为读写器发射功率，G_t为读写器天线的增益，G_r为标签天线的增益，P_th为标签芯片门限激活功率，χ为读写器天线与标签天线之间的极化匹配系数，τ为功率传输系数。从图10中还可看出，该标签天线的最大辐射增益G_r约为-0.76dBi，根据以上公式可以计算出该标签天线的最大理论读取距离可达7.58m。

从图8～图10可以看出，本发明所设计的新型UHF频段RFID标签天线在全球整个UHF频段840～960MHz内，S11均小于-10dB，辐射方向图具有良好的全向性，最大理论读取距离可长达7.58m，而且通过调整T型槽的长度l1和宽度w1，可以在很大范围内调整该标签天线的输入阻抗。因此本发明实施例所述标签天线可以满足不同国家和地区的RFID UHF频段的差异性需求。

对应图1和图2所示的标签天线，本发明实施例还提供了所述标签天线的制备方法，如图11所示，本发明实施例标签天线的制备方法包括：

步骤S1101：在天线辐射板中心处设置馈点；

步骤S1102：按照预设规则在天线辐射板上开双T型槽。

这里，需要说明的是，本发明实施例步骤S1101和S1102的执行并不受时间先后顺序的限制。

具体地，如图12所示，本发明实施例在执行步骤S1102的过程中，所述按照预设规则在天线辐射板上开双T型槽，包括：

步骤S1102a：在天线辐射板的下半部开第一T型槽，将所述第一T型槽切至天线辐射板下半部的长边以上；

步骤S1102b：在天线辐射板的上半部开第二T型槽，将所述第二T型槽直接切至天线辐射板上半部的长边。

其中，所述第一T型槽和所述第二T型槽的长度相等。

在一实施例中如图13所示，本发明实施例标签天线的制备方法还可以包括：

步骤S1103：调整所述第一T型槽的长度和宽度，以改变所述标签天线的输入阻抗。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种标签天线，所述标签天线包括：天线辐射板、介质基板和介质底板；所述天线辐射板位于介质基板的上方，所述介质底板位于介质基板的下方；其特征在于，

所述天线辐射板的中心处设置有馈点，及所述天线辐射板上开有双T型槽。

2.根据权利要求1所述的标签天线，其特征在于，所述天线辐射板上开有双T型槽，包括：

在天线辐射板的下半部开有第一T型槽，所述第一T型槽被切至天线辐射板下半部的长边以上；

在天线辐射板的上半部开有第二T型槽，所述第二T型槽被切至天线辐射板上半部的长边。

3.根据权利要求2所述的标签天线，其特征在于，所述第一T型槽和所述第二T型槽的长度相等。

4.根据权利要求3所述的标签天线，其特征在于，通过调整所述第一T型槽的长度和宽度来改变所述标签天线的输入阻抗。

5.根据权利要求1至4任一项所述的标签天线，其特征在于，在整个超高频段内，所述标签天线的回波损耗均小于-10dB。

6.根据权利要求1至4任一项所述的标签天线，其特征在于，在整个超高频段内，所述标签天线的读取距离高达7.58m。

7.一种标签天线的制备方法，所述标签天线包括天线辐射板、介质基板和介质底板，所述天线辐射板位于介质基板的上方，所述介质底板位于介质基板的下方；其特征在于，所述方法包括：

在天线辐射板中心处设置馈点；

按照预设规则在天线辐射板上开双T型槽。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述按照预设规则在天线辐射板上开双T型槽，包括：

在天线辐射板的下半部开第一T型槽，将所述第一T型槽切至天线辐射板下半部的长边以上；

在天线辐射板的上半部开第二T型槽，将所述第二T型槽直接切至天线辐射板上半部的长边。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一T型槽和所述第二T型槽的长度相等。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

调整所述第一T型槽的长度和宽度，以改变所述标签天线的输入阻抗。